Tìm hiểu ổ đĩa cứng và phân vùng Partition

Bài tập mẫu về đề tài: Tìm hiểu ổ đĩa cứng và phân vùng Partition. Được trình bày ngắn gọn, xúc tích, dễ hiểu và đầy đủ. Nhận được đánh giá tốt trong thang điểm của giảng viên khi thuyết trình hoặc làm bài tập báo cáo. Phù hợp với các bạn sinh viên sử dụng trong học tập cũng như nhân viên cần thuyết trình hoặc hỗ trợ giảng dạy.

MỤC LỤC

I Tìm hiểu về ổ đĩa cứng 2

1 Tổng quan 2

2 Cấu tạo 2

3 Ứng dụng 3

S.M.A.R.T 3

Ổ cứng lai 4

II Phân vùng ổ đĩa cứng 5

1 Phân vùng (Partition) 5

2 Cấu trúc bảng phân vùng (Partition table) 8

I Tìm hiểu về ổ đĩa cứng

1 Tổng quan

Ổ đĩa cứng hay còn gọi là ổ cứng (tiếng Anh: Hard Disk Drive, viết tắt: HDD) là thiết bị dùng để lưu trữ dữ liệu trên bề mặt các tấm đĩa hình tròn phủ vật liệu từ tính, được biết đến như là một bộ phận của máy tính

dù chúng xuất hiện muộn hơn so với những chiếc máy tính đầu tiên

Ổ đĩa cứng là loại bộ nhớ "không thay đổi" (non-volatile), có nghĩa là chúng không bị mất dữ liệu khi ngừng cung cấp nguồn điện cho chúng

Ổ đĩa cứng là một thiết bị rất quan trọng trong hệ thống bởi chúng chứa

dữ liệu thành quả của một quá trình làm việc của những người sử dụng máy tính Những sự hư hỏng của các thiết bị khác trong hệ thống máy tính có thể sửa chữa hoặc thay thế được, nhưng dữ liệu bị mất do yếu tố

hư hỏng phần cứng của ổ đĩa cứng thường rất khó lấy lại được

Ổ đĩa cứng là một khối duy nhất, các đĩa cứng được lắp ráp cố định trong

ổ ngay từ khi sản xuất nên không thể thay thế được các "đĩa cứng" như với cách hiểu như đối với ổ đĩa mềm hoặc ổ đĩa quang

2 Cấu tạo

Ổ đĩa cứng gồm các thành phần, bộ phận có thể liệt kê cơ bản và giải thích sơ bộ như sau:

 Cụm đĩa

 Cụm đầu đọc

 Cụm mạch điện

 Vỏ đĩa cứng:

 Đĩa từ

 Track

 Sector

 Cylinder

 Trục quay

 Đầu đọc/ghi

 Cần di chuyển đầu đọc/ghi

3 Ứng dụng

Ổ đĩa cứng được sử dụng chủ yếu trên các máy tính như: máy tính cá nhân, máy tính xách tay, máy chủ, máy trạm… Với các thiết bị lưu trữ dữ liệu chuyên dụng như: các thiết bị sao lưu dữ liệu tự động hoặc các thiết bị sao lưu dữ liệu dùng cho văn phòng/cá nhân bán trên thị trường hiện nay đều sử dụng các ổ đĩa cứng Khi ổ đĩa cứng

có dung lượng ngày càng lớn, chi phí tính theo mỗi GB dữ liệu rẻ đi khiến chúng hoàn toàn có thể thay thế các hệ thống sao lưu dữ liệu dự phòng trước đây như: băng từ (mà ưu điểm nổi bật của chúng là chi phí cho mỗi GB thấp)

Ngày nay, một số hãng sản xuất ổ đĩa cứng đã có thể chế tạo các đĩa cứng rất nhỏ Các ổ đĩa cứng nhỏ này có thể được sử dụng thiết bị kỹ thuật số

hỗ trợ cá nhân, thiết bị cầm tay, điện thoại di động, máy ảnh số, máy nghe nhạc cá nhân, tai nghe không dây, máy quay phim kỹ thuật số (thay cho băng từ và đĩa quang với ưu thế về tốc độ ghi và sự soạn thảo hiệu ứng tức thời)

Những thiết bị gia dụng mới xuất hiện đáp ứng nhu cầu của con người cũng được sử dụng các ổ đĩa cứng như: Thiết bị ghi lại các chương trình ti vi cho phép người sử dụng không bỏ sót một kênh yêu thích nào bởi chúng ghi lại một kênh thứ hai trong khi người sử dụng xem kênh thứ nhất, hoặc đặt lịch trình ghi lại khi vắng nhà

4 Các công nghệ sử dụng trong ổ đĩa cứng

S.M.A.R.T

S.M.A.R.T (Self-Monitoring, Analysis, and Reporting Technology) là

công nghệ tự động giám sát, chẩn đoán và báo cáo các hư hỏng có thể xuất hiện của ổ đĩa cứng để thông qua BIOS, các phần mềm thông báo cho người sử dụng biết trước sự hư hỏng để có các hành động chuẩn bị đối phó (như sao chép dữ liệu dự phòng hoặc có các kế hoạch thay thế ổ

đĩa cứng mới).

Trong thời gian gần đây S.M.A.R.T được coi là một tiêu chuẩn quan trọng trong ổ đĩa cứng S.M.A.R.T chỉ thực sự giám sát những sự thay đổi, ảnh hưởng của phần cứng đến quá trình lỗi xảy ra của ổ đĩa cứng (mà theo hãng Seagate thì sự hư hỏng trong đĩa cứng chiếm tới 60% xuất phát

từ các vấn đề liên quan đến cơ khí): Chúng có thể bao gồm những sự hư hỏng theo thời gian của phần cứng: đầu đọc/ghi (mất kết nối, khoảng cách làm việc với bề mặt đĩa thay đổi), động cơ (xuống cấp, rơ rão), bo mạch của ổ đĩa (hư hỏng linh kiện hoặc làm việc sai)

S.M.A.R.T không nên được hiểu là từ "smart" bởi chúng không làm cải thiện đến tốc độ làm việc và truyền dữ liệu của ổ đĩa cứng Người sử dụng có thể bật (enable) hoặc tắt (disable) chức năng này trong BIOS (tuy nhiên không phải BIOS của hãng nào cũng hỗ trợ việc can thiệp này).

Ổ cứng lai

Ổ cứng lai (hybrid hard disk drive) là các ổ đĩa cứng thông thường

được gắn thêm các phần bộ nhớ flash trên bo mạch của ổ đĩa cứng Cụm bộ nhớ này hoạt động khác với cơ chế làm việc của bộ nhớ đệm (cache) của ổ đĩa cứng: Dữ liệu chứa trên chúng không bị mất đi khi mất điện

Trong quá trình làm việc của ổ cứng lai, vai trò của phần bộ nhớ flash như sau:

 Lưu trữ trung gian dữ liệu trước khi ghi vào đĩa cứng, chỉ khi máy tính đã đưa các dữ liệu đến một mức nhất định (tuỳ từng loại ổ cứng lai) thì ổ đĩa cứng mới tiến hành ghi dữ liệu vào các đĩa từ, điều này giúp sự vận hành của ổ đĩa cứng tối hiệu quả và tiết kiệm điện năng hơn nhờ việc không phải thường xuyên hoạt động

 Giúp tăng tốc độ giao tiếp với máy tính: Việc đọc dữ liệu từ bộ nhớ flash nhanh hơn so với việc đọc dữ liệu tại các đĩa từ

 Giúp hệ điều hành khởi động nhanh hơn nhờ việc lưu các tập tin khởi động của hệ thống lên vùng bộ nhớ flash

 Kết hợp với bộ nhớ đệm của ổ đĩa cứng tạo thành một hệ thống hoạt động hiệu quả

Những ổ cứng lai được sản xuất hiện nay thường sử dụng bộ nhớ flash với dung lượng khiêm tốn ở 256 MB bởi chịu áp lực của vấn đề giá thành sản xuất Do sử dụng dung lượng nhỏ như vậy nên chưa cải thiện nhiều đến việc giảm thời gian khởi động hệ điều hành, dẫn đến nhiều người sử dụng chưa cảm thấy hài lòng với chúng Tuy nhiên người sử dụng thường khó nhận ra sự hiệu quả của chúng khi thực hiện các tác vụ thông thường hoặc việc tiết kiệm năng lượng của chúng

Hiện tại (2007) ổ cứng lai có giá thành khá đắt (khoảng 300 USD cho dung lượng 32 GB) nên chúng mới được sử dụng trong một số

loại máy tính xách tay cao cấp Trong tương lai, các ổ cứng lai có thể tích hợp đến vài GB dung lượng bộ nhớ flash sẽ khiến sự so sánh giữa chúng với các ổ cứng truyền thống sẽ trở lên khác biệt hơn

II Phân vùng ổ đĩa cứng

1 Phân vùng (Partition)

Phân vùng (partition): là tập hợp các vùng ghi nhớ dữ liệu trên các cylinder gần nhau với dung lượng theo thiết đặt của người sử dụng để sử dụng cho các mục đích sử dụng khác nhau

Sự phân chia phân vùng giúp cho ổ đĩa cứng có thể định dạng các loại tập

tin khác nhau để có thể cài đặt nhiều hệ điều hành đồng thời trên cùng một ổ đĩa cứng Ví dụ trong một ổ đĩa cứng có thể thiết lập một phân vùng có định dạng FAT/FAT32 cho hệ điều hành Windows 9X/Me và một vài phân vùng NTFS cho hệ điều hành Windows NT/2000/XP/Vista với lợi thế về bảo mật trong định dạng loại này (mặc dù các hệ điều hành này

có thể sử dụng các định dạng cũ hơn)

Phân chia phân vùng không phải là điều bắt buộc đối với các ổ đĩa cứng

để nó làm việc (một vài hãng sản xuất máy tính cá nhân nguyên chiếc chỉ thiết đặt một phân vùng duy nhất khi cài sẵn các hệ điều hành vào máy tính khi bán ra), chúng chỉ giúp cho người sử dụng có thể cài đặt đồng thời nhiều hệ điều hành trên cùng một máy tính hoặc giúp việc quản lý các nội dung, lưu trữ, phân loại dữ liệu được thuận tiện và tối ưu hơn, tránh sự phân mảnh của các tập tin

Những lời khuyên dưới đây giúp sử dụng ổ đĩa cứng một cách tối ưu hơn:

 Phân vùng chứa hệ điều hành chính: Thường nên thiết lập phân vùng chứa hệ điều hành tại các vùng chứa phía ngoài rìa của đĩa từ (outer zone) bởi vùng này có tốc độ đọc/ghi cao hơn, dẫn đến sự khởi động hệ điều hành và các phần mềm khởi động và làm việc được nhanh hơn Phân vùng này thường được gán tên là C

Phân vùng chứa hệ điều hành không nên chứa các dữ liệu quan trọng bởi chúng dễ bị virus tấn công (hơn các phân vùng khác), việc sửa chữa khắc phục sự cố nếu không thận trọng có thể làm mất toàn bộ dữ liệu tại phân vùng này

 Phân vùng chứa dữ liệu thường xuyên truy cập hoặc thay đổi: Những tập tin đa phương tiện (multimedia) nếu thường xuyên được truy cập hoặc các dữ liệu làm việc khác nên đặt tại phân vùng thứ hai ngay sau phân vùng chứa hệ điều hành Sau khi quy hoạch, nên

thường xuyên thực thi tác vụ chống phân mảnh tập tin trên phân vùng này

 Phân vùng chứa dữ liệu ít truy cập hoặc ít bị sửa đổi: Nên đặt riêng một phân vùng chứa các dữ liệu ít truy cập hoặc bị thay đổi như các

bộ cài đặt phần mềm Phân vùng này nên đặt sau cùng, tương ứng với

vị trí của nó ở gần khu vực tâm của đĩa (inner zone)

Định dạng của phân vùng

Lựa chọn định dạng các phân vùng là hành động tiếp sau khi quy hoạch phân vùng ổ đĩa cứng Tuỳ thuộc vào các hệ điều hành sử dụng

mà cần lựa chọn các kiểu định dạng sử dụng trên ổ đĩa cứng Một số định dạng sử dụng trong các hệ điều hành họ Windows có thể là:

 FAT (File Allocation Table): Chuẩn hỗ trợ DOS và các hệ điều

hành họ Windows 9X/Me (và các hệ điều hành sau) Phân vùng FAT hỗ trợ độ dài tên 11 ký tự (8 ký tự tên và 3 ký tự mở rộng) trong DOS hoặc 255 ký tự trong các hệ điều hành 32 bit như Windows 9X/Me FAT có thể sử dụng 12 hoặc 16 bit, dung lượng tối đa một phân vùng FAT chỉ đến 2 GB dữ liệu

 FAT32 (File Allocation Table, 32-bit): Tương tự như FAT, nhưng

nó được hỗ trợ bắt đầu từ hệ điều hành Windows 95 OSR2 và toàn

bộ các hệ điều hành sau này Dung lượng tối đa của một phân vùng FAT32 có thể lên tới 2 TB (2.048 GB)

 NTFS (Windows New Tech File System): Được hỗ trợ bắt đầu từ

các hệ điều hành họ NT/2000/XP/Vista Một phân vùng NTFS có thể có dung lượng tối đa đến 16 exabytes

 exFAT (extended File Allocation Table): được thiết kế đặc biệt

cho các ổ flash USB

Không chỉ có thế, các hệ điều hành họ Linux sử dụng các loại định dạng tập tin riêng

2 Cấu trúc bảng phân vùng (Partition table)

Thông tin về các phân vùng chính và phân vùng mở rộng được chứa trong Bảng phân vùng, cấu trúc dữ liệu 64 byte nằm trong cùng khu vực với Bản ghi khởi động chính Master Boot Record

(cylinder 0, head 0, sector 1) Bảng phân vùng tuân theo bố cục tiêu chuẩn độc lập với hệ điều hành Mỗi mục nhập Bảng phân vùng dài 16 byte, tạo tối đa bốn mục nhập Mỗi mục bắt đầu ở phần bù được xác định trước từ đầu của khu vực, như sau:

 Phân vùng 1 0x01BE (446)

 Phân vùng 2 0x01CE (462)

 Phân vùng 3 0x01DE (478)

 Phân vùng 4 0x01EE (494)

Hai byte cuối cùng trong sector là một từ chữ ký cho sector và luôn là 0x55AA Ví dụ tiếp theo là bản in của Bảng phân vùng cho đĩa được hiển thị trong một ví dụ trước đó trong chương này Khi có ít hơn bốn phân vùng, các trường còn lại đều là số không

Bảng sau đây mô tả từng mục trong Bảng phân vùng Các giá trị mẫu tương ứng với thông tin cho phân vùng 1

Trường bảng phân vùng

Byt

e bù

Chiều

dài

trường

Giá trị

Chỉ số khởi động Cho biết liệu phân vùng là phân vùng hệ thống Giá trị chuẩn là:

00 = Không sử dụng để khởi động

80 = Phân vùng hệ thống

Sector bắt đầu Chỉ các bit 0-5 được sử dụng Các bit 6-7 là hai bit trên cho trường Cylinder bắt đầu

Cylinder bắt đầu Trường này chứa 8 bit thấp hơn của giá trị Cylinder Do đó, Cylinderbắt đầu là một số 10 bit, với giá trị tối đa là 1023

ID hệ thống Byte này xác định loại âm lượng Trong Windows NT, nó cũng chỉ ra rằng một phân vùng là một phần của ổ đĩa yêu cầu

sử dụng HKEY_LOCAL_MACHINE\SYSTEM\DISK

để đăng ký khóa con

Sector kết thúc Chỉ các bit 0-5 được sử dụng Các bit 6-7 là hai bit trên cho trường Sector kết thúc

07 BYTE 0x196

Cylinder kết thúc Trường này chứa 8 bit thấp hơn của giá trị Cylinder Do đó, Cylinder kết thúc là một số 10 bit, với giá trị tối đa là 1023

D

3F 00 00

00 Sector quan hệ

D

51 42 06

00 Tổng số sector Phần còn lại của phần này là mô tả việc sử dụng các trường này Các định nghĩa của các trường trong Bảng phân vùng giống nhau đối với các phân vùng chính, phân vùng mở rộng và ổ đĩa logic trong các phân vùng mở rộng

Trường chỉ thị khởi động

Trường Chỉ báo khởi động cho biết liệu ổ đĩa có phải là phân vùng hệ thống hay không Trên các máy tính dựa trên x-86, chỉ có một phân vùng chính trên đĩa nên có trường này được cài đặt Trường này chỉ được sử dụng trên các máy tính dựa trên x86 Trên các máy tính dựa trên RISC, NVRAM chứa thông tin để tìm các tệp để tải

Trên các máy tính dựa trên x86, có thể có các hệ điều hành khác nhau và các hệ thống tệp khác nhau trên các ổ khác nhau Ví dụ: máy tính có thể có MS-DOS trên phân vùng chính đầu tiên và Windows 95, UNIX, OS / 2 hoặc Windows NT trên cái thứ hai Bạn kiểm soát phân vùng chính (phân vùng hoạt động trong FDISK) để sử dụng để khởi động máy tính bằng cách đặt trường Boot Indicator cho phân vùng đó trong Bảng phân vùng

Trường ID hệ thống

Đối với các phân vùng chính và ổ đĩa vật lý, trường ID hệ thống mô tả hệ thống tệp được sử dụng để định dạng ổ đĩa Windows NT sử dụng trường này để xác định trình điều khiển thiết bị hệ thống tệp nào sẽ tải trong khi khởi động Nó cũng xác định phân vùng mở rộng, nếu có một phân vùng được xác định

Đây là các giá trị cho trường ID hệ thống:

Giá

0x0B Phân vùng Fat32 chính, sử dụng các phần mở rộng ngắt 13 (INT

13)

0x0C Phân vùng Fat32 mở rộng, sử dụng phần mở rộng INT 13

0x0E Phân vùng Fat16 chính, sử dụng phần mở rộng INT 13

0x0F Phân vùng Fat16 mở rộng, sử dụng phần mở rộng INT 13

Khi bạn tạo một bộ ổ phân vùng hoặc một bộ đường, Quản trị viên ổ đĩa sẽ đặt bit cao của trường ID hệ thống cho từng phân vùng chính hoặc ổ đĩa vật lí là phần tử của ổ đĩa

Ví dụ: phân vùng chính FAT hoặc ổ đĩa vật lý là phần tử của bộ ổ phân vùng hoặc bộ đường có giá trị ID hệ thống là 0x86 Phân vùng chính hoặc ổ đĩa logic NTFS có giá trị ID hệ thống là 0x87

Bit này chỉ ra rằng Windows NT cần sử dụng HKEY_LOCAL_MACHINE\SYSTEM\DISK để đăng ký khóa con để xác định cách các thành viên của bộ ổ phân vùng hoặc bộ đường có liên quan với nhau Các tập có tập bit cao chỉ có thể được truy cập bởi Windows NT

Khi phân vùng chính hoặc ổ đĩa vật lý là phần tử của tập ổ phân vùng hoặc bộ đường bị lỗi do lỗi ghi hoặc không thể truy cập, bit quan trọng thứ hai được đặt Byte ID hệ thống được đặt thành C6 trong trường hợp ổ FAT hoặc C7 trong trường hợp ổ NTFS

Lưu ý

Nếu bạn khởi động MS-DOS, nó chỉ có thể truy cập các phân vùng chính hoặc ổ đĩa vật lý có giá trị 0x01, 0x04, 0x05 hoặc 0x06 cho ID hệ thống Tuy nhiên,

Disk cấp thấp dựa trên MS-DOS, bạn có thể đọc và ghi bất kỳ ổ nào, kể cả các ổ NTFS

Trên Windows NT Server, các bộ nhân bản và các bộ đường có tính chẵn lẻ cũng yêu cầu sử dụng khóa con đăng ký tại

HKEY_LOCAL_MACHINE\SYSTEM\DISK để xác định cách truy cập các đĩa